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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kunststoffbehälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein gattungsgemäßer Kunststoffbehälter ist aus der
US 5,626,053 bekannt. Dieses Dokument offenbart einen Kunststofftank mit einem Füllstandsmesser, dessen Kunststoffelektroden entweder von innen an einer Wand des Behälterkörpers bzw. einer Zwischenwand des Behälters (siehe etwa
5 der
US 5,626,053 ) befestigt sind oder derart an einem gesondert vom Behälterkörper ausgebildeten Deckel (siehe etwa
1 der
US 5,626,053 ) angebracht sind, dass sie von oben in das Innere des Behälterkörpers hineinragen. In beiden Fällen sind die Kunststoffelektroden über Verbindungsdrähte oder Verbindungskabel mit einer außerhalb des Behälterkörpers angeordneten Ausleseeinrichtung verbunden.
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Grundsätzlich gilt: Der Behälterkörper umgibt ein bestimmtes Raumvolumen, in das durch eine Öffnung im Behälterkörper Material eingefüllt werden kann. Im Falle von elektrisch leitfähigen Materialien kann der Materialfüllstand im Behälterkörper durch eine elektrisch leitende Elektrodeneinrichtung erfasst werden. Die Elektrodeneinrichtung muss dazu wenigstens zwei Elektroden unterschiedlichen elektrischen Potenzials aufweisen, welche erst durch das in den Behälterkörper eingefüllte Material elektrisch miteinander verbunden werden. Abhängig davon, ob die wenigstens zwei Elektroden unterschiedlichen Potenzials durch das eingefüllte Material elektrisch leitend miteinander verbunden sind oder nicht, kann bei entsprechender Anordnung der Elektrodeneinrichtung relativ zum Behälterkörper ein Mindestfüllstand im Behälterkörper erfasst werden.
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Ist die Elektrodeneinrichtung derart am Behälterkörper angebracht, dass sie abhängig vom Füllstand des in den Behälterkörper eingefüllten Materials unterschiedlich weit in dieses eintaucht, ändert sich mit der Eintauchtiefe der zwischen den Elektroden unterschiedlichen Potenzials vorhandene elektrische Widerstand mit dem Füllstand, so dass bei einem Überschreiten des Mindestfüllstands in dem Behälterkörper, ab dem eine Kontaktierung der Elektrodeneinrichtung durch das eingefüllte Material erfolgt, durch Messung des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden auf den Materialfüllstand im Behälterkörper geschlossen werden kann.
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Derartige Kunststoffbehälter werden unter anderem im Automobilbau als Betriebsmittelbehälter eingesetzt, insbesondere als Spritzwasserbehälter für die Scheiben- und Scheibenwischerreinigung oder als Kühlwasserausgleichsbehälter.
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Aus dem Stand der Technik bekannte Elektrodeneinrichtungen umfassen metallische Elektroden, welche in der Regel länglich ausgebildet sind und in das Innere des Behälterkörpers ragen.
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Nachteilig an dieser aus dem Stand der Technik bekannten Lösung ist zum einen, dass es durch den Stromfluss zwischen den metallischen Elektroden der bekannten Elektrodeneinrichtungen über die Betriebsdauer hinweg zu einer Elektrolyse kommt, was wiederum zu Ablagerungen von durch die Elektrolyse abgeschiedenen Bestandteilen des in den Behälterkörper eingefüllten Materials führt. Die Folge sind mit zunehmender Ablagerung sich verändernde Betriebseigenschaften der Elektrodeneinrichtung und eine mit der Betriebsdauer unerwünschterweise ansteigende Unzuverlässigkeit des Erfassungsergebnisses.
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Außerdem sind die bekannten Elektrodeneinrichtungen häufig derart an dem Behälterkörper angebracht, dass sie diesen von außen nach innen durchsetzen, was zu einem erheblichen Aufwand für die Abdichtung des Behälterkörpers an den Durchsetzungsstellen führt. Selbst wenn die metallischen Elektroden bei einem durch Spritzgießen erzeugten Behälterkörper bereits bei dessen Herstellung umspritzt werden, ist diese Verbindung nicht über die gesamte erwartete Lebensdauer des Kunststoffbehälters dicht, so dass zur Erhöhung der Dichtungswirkung zusätzliche Dichtungen, wie etwa O-Ringe, verwendet werden müssen. Hierzu sind entsprechende Dichtungssitze an den metallischen Elektroden vorzusehen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lehre anzugeben, wie Kunststoffbehälter der eingangs genannten Art mit wesentlich geringerem Aufwand bei gleichzeitig verbesserter Qualität hinsichtlich Zuverlässigkeit, Dichtigkeit und Betriebsdauer hergestellt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen gattungsgemäßen Kunststoffbehälter mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
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Es hat sich gezeigt, dass, verglichen mit dem Fall metallischer Elektroden, die elektrolysebedingten Ablagerungen an den Elektroden bei der Verwendung gleicher in den Behälterkörper eingefüllter Materialien an elektrisch leitfähigem Kunststoff geringer ausfallen oder sogar ganz vermieden werden können. Als Folge ist das Erfassungsergebnis der Elektrodeneinrichtung, bei welcher elektrisch leitfähiger Kunststoff im Behälterkörperinneren zur Kontaktierung des in den Behälterkörper eingefüllten Materials freiliegt, über die gesamte Betriebslebensdauer des Kunststoffbehälters zuverlässiger, geringen Änderungen entworfen und damit von höherer Genauigkeit als bei den metallischen Elektroden des Standes der Technik.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Elektrodeneinrichtung derart an einer Wand des Behälterkörpers befestigt ist, dass die Elektrodeneinrichtung eine Wand des Behälterkörpers durchsetzt, da dann an dem im Inneren des Behälterkörpers gelegenen Abschnitt der Elektrodeneinrichtung die Kontaktierung von Elektroden durch in den Behälterkörper eingefülltes Material erfolgen kann und ein beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden der Elektrodeneinrichtung zwischen diesen möglicherweise fließender Strom bequem an dem außerhalb des Behälterkörpers gelegenen Abschnitt der Elektrodeneinrichtung erfasst werden kann.
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Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Elektrodeneinrichtung einen aus elektrisch leitfähigem Kunststoff ausgebildeten Anschlussabschnitt aufweist, welcher zur Kontaktierung durch eine elektrische Leitung ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist dieser Anschlussabschnitt einstückig mit wenigstens einer Elektrode der Elektrodeneinrichtung ausgebildet. Im Gegensatz zu den metallischen Elektroden des Standes der Technik, bei denen eine aufwändige, zumeist spanende Bearbeitung erforderlich ist, kann bei Elektroden aus leitfähigem Kunststoff der Anschlussabschnitt bereits bei der Urformung der Elektrodeneinrichtung bzw. deren jeweiliger Elektrode ausgeformt werden.
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Bei der eine Wand des Behälterkörpers durchsetzenden Anordnung der Elektrodeneinrichtung kommt ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Elektrodeneinrichtung, die zumindest abschnittsweise aus elektrisch leitfähigem Kunststoff gebildet ist, deutlich zum Tragen. Im Vergleich zu der im Stand der Technik zwischen Behälterkörper und Elektrodeneinrichtung verwendeten Werkstoffpaarung Kunststoff-Metall sind die Materialeigenschaften der bei einem Kunststoffbehälter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Werkstoffpaarung Kunststoff-Kunststoff weniger unterschiedlich, so dass auf das Vorsehen zusätzlicher Dichtungseinrichtungen, wie etwa O-Ringe und dergleichen, verzichtet werden kann. Vielmehr kann es unabhängig von dem zur Herstellung des Kunststoffbehälters verwendeten Herstellungsverfahren zwischen dem Behälterkörper und dem elektrisch leitfähigen Kunststoff der Elektrodeneinrichtung zu Diffusionsprozessen bzw. zu Verschmelzungsprozessen kommen, die zumindest abschnittsweise zu einer stoffschlüssigen Verbindung des elektrisch leitfähigen Kunststoffs der Elektrodeneinrichtung mit dem Kunststoff des Behälterkörpers führen können. Selbst wenn dies jedoch nicht der Fall ist, ist der Unterschied etwa der jeweiligen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des elektrisch leitfähigen Kunststoffs und des Kunststoffs des Behälterkörpers wesentlich geringer als bei der im Stand der Technik verwendeten Werkstoffpaarung Metall-Kunststoff, so dass thermisch bedingte Relativbewegungen zwischen Elektrodeneinrichtung und Behälterkörper geringer ausfallen als bei bekannten Kunststoffbehältern, was die Dichtigkeit eines von Elektroden durchsetzten Behälterkörpers erhöht.
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Wenigstens eine Elektrode, vorzugsweise alle Elektroden, der Elektrodeneinrichtung des erfindungsgemäßen Kunststoffbehälters sind vorzugsweise als längliche Bauteile ausgebildet, welche sich längs einer Elektroden-Längsachse erstrecken. Dies hat den Vorteil, dass der Behälterkörper, wie oben beschrieben, von wenigstens einer Elektrode, vorzugsweise von allen Elektroden, durchsetzt werden kann, und an den Elektroden selbst ein ausreichend langer Abschnitt zur Verfügung steht, an welchem sie vom Kunststoff des Behälterkörpers umschlossen sein können. Je länger der die Elektroden umschließende Bereich in Richtung der Elektroden-Längsachse ausgebildet werden kann, desto besser kann der Behälterkörper an der Durchsetzungsstelle der Elektrodeneinrichtung aufgrund der zunehmenden Dichtfläche ohne Verwendung zusätzlicher von dem Behälterkörper und der Elektrodenanordnung gesondert ausgebildeter Dichtmittel, wie etwa Dichtungsringe, gegen Leckage abgedichtet sein.
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Vorzugsweise weist die längliche Elektrode den zuvor beschriebenen Anschlussabschnitt im Bereich ihres außerhalb des Behälterkörpers liegenden Längsendes auf, so dass eine ausreichend lange Elektrode mit geringstmöglichen Bedarf an elektrisch leitfähigem Kunststoff hergestellt werden kann.
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Es kann daran gedacht sein, lediglich einige Abschnitte einer Elektrode der Elektrodeneinrichtung aus elektrisch leitfähigem Kunststoff auszubilden. Einfacher und kostengünstiger ist es jedoch, eine solche Elektrode im Wesentlichen vollständig aus elektrisch leitfähigem Kunststoff zu bilden. In diesem Falle kann durch geeignete Urformwerkzeuge die Elektrode in die jeweils gewünschte Gestalt bedarfsgerecht ausgeformt werden. „Im Wesentlichen vollständig“ soll nicht ausschließen, dass geringe Mengen an anderen Materialien, wie etwa Kontaktschuhe an den Anschlussabschnitten und dgl., an der betreffenden Elektrode der Elektrodeneinrichtung vorgesehen sein können.
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Die zuvor angesprochenen Diffusionsvorgänge bzw. Verschmelzungsvorgänge zwischen dem Material des Behälterkörpers und dem elektrisch leitenden Kunststoff der Elektrodeneinrichtung, die zu einer erhöhten Dichtigkeit eines von wenigstens einer Elektrode durchsetzten Behälterkörpers des Kunststoffbehälters führen, werden erfindungsgemäß besonders einfach dadurch bewirkt, dass der den Behälterkörper bildende Behälterkörper-Kunststoff und der zumindest einen Abschnitt der elektrisch leitenden Elektrodeneinrichtung bildende Elektroden-Kunststoff kompatible oder gleiche Polymere aufweisen.
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Besonders bevorzugt ist im Hinblick auf eine möglichst gute Abdichtung des von wenigstens einer Elektrode durchsetzten Behälterkörpers an der Durchsetzungsstelle angedacht, dass der elektrisch leitende Kunststoff eine Polymer-Matrix und darin eingebundene elektrisch leitende Partikel umfasst, wobei der Kunststoff der Polymer-Matrix und der Behälterkörper-Kunststoff kompatibel oder sogar identisch sind.
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Grundsätzlich kann die Elektrodeneinrichtung nur ein einziges in dem Behälterkörper freiliegendes Elektrodenbauteil umfassen, wenn dieses galvanisch voneinander getrennte Elektrodenelemente unterschiedlichen elektrischen Potenzials aufweist. Ein solches Elektrodenbauteil ist jedoch weniger bevorzugt, da seine Herstellung sehr aufwändig ist. Eine bevorzugte Ausführungsform eines Kunststoffbehälters gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst zwei mit Abstand voneinander angeordnete elektrisch leitende Elektroden, die beide zumindest abschnittsweise aus elektrisch leitendem Kunststoff hergestellt sind und die beide derart an dem Behälterkörper angeordnet sind, dass jeweils zumindest ein Abschnitt der elektrisch leitenden Elektroden im Inneren des Behälterkörpers freiliegt.
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Grundsätzlich kann der oben beschriebene Kunststoffbehälter mit beliebigen Herstellungsverfahren hergestellt werden. So können beispielsweise die Elektroden der Elektrodeneinrichtung und der Behälterkörper in gesonderten Herstellungsverfahren hergestellt und nachträglich miteinander montiert werden. Ein solches Herstellungsverfahren würde jedoch wesentliche Vorteile des erfindungsgemäßen Kunststoffbehälters nicht optimal nutzen.
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Weiterhin kann daran gedacht sein, die Elektroden der Elektrodeneinrichtung gesondert vom Behälterkörper herzustellen und in eine Urform zur Herstellung des Behälterkörpers einzulegen. Die den Behälterkörper bildende Kunststoff-Formmasse könnte dann die bereitgestellten Elektroden umfließen, wobei die Kunststoff-Formmasse zur Bildung des Behälterkörpers üblicherweise thermisch erweicht ist und auf Grund der erhöhten Temperatur dieser Formmasse die zuvor angesprochenen vorteilhaften Diffusionsprozesse bzw. Verschmelzungsprozesse zwischen den bereitgestellten Kunststoff-Elektroden und dem sie umschließenden Kunststoff-Behälterkörperabschnitt einsetzen könnten.
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Es sei an dieser Stelle noch einmal mit Nachdruck festgestellt, dass ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung darin zu sehen ist, dass an dem Behälterkörper ein Halteabschnitt ausgebildet ist, welcher eine Elektrode oder vorzugsweise alle Elektroden der Elektrodenanordnung ohne eine Zwischenanordnung gesondert ausgebildeter Dichtmittel, insbesondere Dichtungsringe und dergleichen, fluiddicht umgibt. „Fluiddicht“ soll dabei gasdicht oder/und flüssigkeitsdicht bedeuten. Da die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Kunststoffbehälter in der Regel zur Aufnahme und Speicherung von Flüssigkeit ausgebildet sind, ist eine Flüssigkeitsdichtigkeit an dem Halteabschnitt des Behälterkörpers ausreichend.
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Besonders bevorzugt ist es jedoch, den Behälterkörper und wenigstens eine Elektrode, vorzugsweise alle Elektroden, im Wesentlichen gleichzeitig oder in kurzer zeitlicher Abfolge durch ein Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren, vorzugsweise durch ein Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren herzustellen. Hierbei kann eine stabile stoffschlüssige Verbindung zwischen der wenigstens einen Elektrode aus elektrisch leitfähigem Kunststoff und dem Kunststoff des Behälterkörpers besonders einfach erreicht werden, insbesondere dann, wenn die für die Elektroden und für den Behälterkörper verwendeten Kunststoffe auf der gleichen oder oder wenigstens einer kompatiblen Polymerbasis beruhen.
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Die Elektroden der Elektrodeneinrichtung können eine beliebige Querschnittsgestalt aufweisen.
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Das oben beschriebene bevorzugte Herstellungsverfahren (Mehrkomponenten-Spritzgussverfahren) stellt daher ebenfalls eine erfindungsgemäße Lösung der der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe dar.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
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1 eine erste Ausführungsform eines Kunststoffbehälters der vorliegenden Erfindung und
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2 eine zweite Ausführungsform eines Kunststoffbehälters der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kunststoffbehälters allgemein mit 10 bezeichnet. In dem in 1 dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem Kunststoffbehälter 10 um einen Spritzwassertank für eine Scheibenwaschanlage eines Automobils. Der Kunststoffbehälter 10 umfasst einen Behälterkörper 12 aus einer Unterschale 12a und einer dichtend mit dieser verbundenen Oberschale 12b.
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Der Behälterkörper 12 weist eine Ablassöffnung 14 und eine Einfüllöffnung 16 auf. Weiterhin ist eine zusätzliche Öffnung 18 vorgesehen, die etwa zum Material- oder/und Druckausgleich verwendet werden kann.
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Die Einfüllöffnung 16 ist mit einem Gewinde 20 versehen, in das ein nicht dargestellter Deckel eingeschraubt werden kann, um die Einfüllöffnung 16 zu verschließen. Die übrigen Öffnungen 14 und 18 sind als Schlauchaufsteckstutzen 22 bzw. 24 gestaltet. In den Innenraum 26 des Behälterkörpers 12 erstreckt sich eine Elektrodenanordnung 28 mit zwei Elektroden 30 und 32 aus elektrisch leitfähigem Kunststoff. Die Elektroden 30 und 32 sind identisch ausgebildet, weshalb es im Folgenden ausreicht, lediglich die in 1 linke Elektrode 30 stellvertretend auch für die Elektrode 32 zu beschreiben.
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Die Elektrode 30 erstreckt sich in dem in 1 gezeigten Beispiel längs einer Elektrodenlängsachse ELA stabförmig.
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Die Elektrode 30 umfasst einen Erfassungsabschnitt 34, welcher von ihrem im Innenraum 26 des Behälterkörpers 12 gelegenen Längsende 30a bis etwas über die Längsmitte der Elektrode 30 reicht. An diesen schließt sich in Richtung der Elektrodenlängsachse ELA ein Verbindungsbereich 36 an, längs welchem die Elektrode 30 von Material der Unterschale 12a des Behälterkörpers 12 hülsenförmig umgeben ist. Der sich in Längsrichtung der Elektrodenlängsachse ELA an den Verbindungsabschnitt 36 anschließende Längsendbereich 38, der bis zu dem außerhalb des Behälterkörpers 12 gelegenen Längsende 30b der Elektrode 30 reicht, ist als Anschlussabschnitt ausgebildet, auf welchen ein elektrischer Kontakt am Ende einer elektrischen Leitung zur Kontaktierung der Elektrode 30 aufsteckbar ist.
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Die Elektroden 30 und 32 sowie die Unterschale 12a und die Oberschale 12b des Behälterkörpers 12 umfassen das gleiche Polymermaterial. Dieses wird lediglich für den Behälterkörper 12 ungefüllt und für die Elektroden 30 und 32 mit elektrisch leitfähigen Partikeln gefüllt verwendet.
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Längs des Verbindungsabschnitts 36 sind an der Unterschale 12a ausgeformte Hülsen 40 stoffschlüssig mit den Elektroden 30 und 32 verbunden und sorgen somit für eine gute Abdichtung der Unterschale 12a an der Stelle, an der diese von den Elektroden 30 und 32 durchsetzt ist. Die Hülsen 40 stellen einen zuvor genannten Halteabschnitt des Behälterkörpers 12 dar. Die stoffschlüssige Verbindung wird beim nahezu gleichzeitigen Herstellen von Unterschale 12a und Elektrodeneinrichtung 28 durch ein an sich bekanntes Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt. Durch Diffusionsvorgänge oder/und Verschmelzungsvorgänge an den nach dem Spritzgussvorgang noch warmen Elektroden 30 und 32 und Hülsen 40 kommt es zwischen diesen zur Ausbildung einer dichtenden Verbindungsschicht. Selbst wenn diese Verbindungschicht jedoch nicht vollständig oder sogar gar nicht ausgebildet wird, dichten die flächig an den Elektroden 30 und 32 anliegenden Hülsen 40 die Unterschale 12a gegen eine Leckage ab, da die Elektroden 30 und 32 sowie die Unterschale 12a durch die Verwendung des gleichen oder zumindest eines kompatiblen thermoplastischen Polymermaterials im Wesentlichen gleiche oder zumindest sehr ähnliche Stoffeigenschaften, insbesondere thermische Ausdehnungskoeffizienten, besitzen, so dass bei thermischen Lastwechseln kaum eine die Abdichtung gefährdende Relativbewegungen zwischen den Elektroden 30 und 32 und den Hülsen 40 auftritt.
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Über die Anschlussabschnitte 38 und 39 der Elektroden 30 bzw. 32 kann mittels eines nicht dargestellten in die am Behälterkörper 12 einstückig ausgeformte Buchse 42 eingesteckten Steckers eine elektrische Spannung an die Elektroden 30 und 32 angelegt werden, wobei diese dann ein unterschiedliches elektrisches Potenzial aufweisen. Durch Messung des elektrischen Widerstands zwischen den Elektroden 30 und 32 (etwa durch Messung der zwischen diesen abfallenden Spannung) kann zumindest auf das Vorhandensein einer Mindestfüllmenge im Behälterkörper 12 geschlossen werden. Werden die Elektroden 30 und 32 von elektrisch leitender Flüs sigkeit benetzt, so sinkt der erfasste Widerstand auf einen endlichen Wert.
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In 2 ist eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gleiche Bauteile wie in 1 sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, jedoch erhöht um die Zahl 100. Zur Erläuterung dieser Bauteile wird ausdrücklich auf deren Beschreibung im Zusammenhang mit 1 verwiesen.
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Die Ausführungsform von 2 unterscheidet sich von jener in 1 im Wesentlichen durch die Form der Elektroden 130 und 132 der Elektrodenanordnung 128. Die Elektrode 130 ist in 2 abgewinkelt ausgebildet. Auch die Elektroden 130 und 132 werden zusammen mit der Unterschale 112a im Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt.
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Auch die Elektrode 132 durchsetzt die Unterschale 112a des Behälterkörpers 112, wobei sie wie die Elektrode 130 abgewinkelt ausgebildet ist. Ihr Anschlussabschnitt ist in 2 durch den Anschlussabschnitt 138 der Elektrode 130 verdeckt.
